張祖海，董海燕，丁昌盛，張賢萍，劉振新

(1．新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊830091;2．山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東煙臺264004)

0 引言

“新疆溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查”是新疆維吾爾自治區(qū)國土資源廳地質(zhì)勘查基金項目管理中心組織實施的水文及地?zé)峥辈轫椖浚擁椖靠傮w設(shè)計2個地?zé)峥碧娇?，分別為基礎(chǔ)測試孔AKT1－1孔(設(shè)計孔深1400 m)和產(chǎn)能測試孔AKT1－2孔(設(shè)計孔深1300～1500 m)。

先期施工基礎(chǔ)測試孔AKT1－1孔，通過該孔巖心鉆探工作，驗證前期勘察成果，提升地?zé)犴椖裤@探工藝研究，為溫泉縣博爾塔拉河谷地后續(xù)深部地?zé)峥碧娇缀偷責(zé)豳Y源試采及進一步勘查與開發(fā)遠景規(guī)劃的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 溫泉地?zé)峥辈閰^(qū)地理情況及地質(zhì)概況

1．1 溫泉地?zé)峥辈閰^(qū)地理情況

溫泉地?zé)峥辈閰^(qū)主要位于博格達爾溫泉所在區(qū)域地?zé)崽?，勘查區(qū)北部邊界以博爾塔拉河斷裂以北低山丘陵區(qū)一帶為界，南部邊界以溫泉縣南部山前地帶為界，西部邊界以溫泉縣博爾塔拉河上游88團8連一帶為界，東部邊界以溫泉縣博爾塔拉河下游88團6連一帶為界，面積83 km2?？辈閰^(qū)地處歐亞大陸腹地，遠離海洋，具典型的大陸性中溫帶半干旱氣候特點，勘查區(qū)內(nèi)發(fā)育的河流為博爾塔拉河。從各地至勘查區(qū)均有專用道路直達，交通十分便利，通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋該區(qū)域。

1．2 勘查區(qū)地質(zhì)概況

勘查區(qū)位于北天山西段博爾塔拉河斷裂(在區(qū)域上為博羅科努－阿其克庫都克斷裂的西延部分)以南，按大地構(gòu)造單元劃分屬于一級構(gòu)造單元天山褶皺系(Ⅲ)—二級構(gòu)造單元博羅科努地槽褶皺帶(Ⅲ1)—三級構(gòu)造單元賽里木隆起(Ⅲ11)和博樂山間坳陷。

受南北向應(yīng)力作用及斷塊差異性升降運動的影響，區(qū)域上形成了一系列平行的褶皺和斷裂，與勘查區(qū)溫泉出露控制有關(guān)的區(qū)域構(gòu)造斷裂為博爾塔拉河斷裂。

勘查區(qū)內(nèi)的地層大致分為:0～200 m第四系，巖性主要由粘土、礫石等組成，厚度200 m左右;200～600 m為中石炭統(tǒng)東圖津河組地層，巖性以石英砂巖、長石砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r為主，厚度400 m左右;600 m以深推測為中元古界晚期變質(zhì)巖地層，巖性以石英片巖為主。受斷裂構(gòu)造控制，第四系以下200～800 m推斷巖體破碎程度較高。

1．3 鉆探施工技術(shù)難點

(1)第四系地層由300 m左右的粘土、礫石組成，相對較厚，巖心采取困難。勘查區(qū)第四系地表水較為發(fā)育，易引起孔壁坍塌、縮徑等，不利于鉆孔孔壁的穩(wěn)定。

(2)第四系以下地層巖石可鉆性等級6～7級，中等—偏弱研磨性，因受地質(zhì)斷裂構(gòu)造影響，地層破碎、裂隙較為發(fā)育，地層換層較為頻繁、地層軟硬不均，容易引起鉆孔偏斜。

(3)勘查區(qū)鉆探施工對沖洗液要求較嚴(yán)，既要最大限度的攜帶孔內(nèi)巖粉，又不能堵塞裂隙，孔內(nèi)涌水較大，不利于坍塌破碎地層的孔壁維護，施工難度較高。

2 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆具級配選型

根據(jù)地質(zhì)設(shè)計，為確保鉆孔的順利完成，設(shè)計采用多級鉆孔結(jié)構(gòu)，其目的是利用大徑控斜和套管護孔(見圖1)。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)

3 鉆探設(shè)備和機具

在溫泉地?zé)峥辈閰^(qū)進行鉆探施工，考慮到鉆孔設(shè)計要求的特殊性，開孔口徑較大;以及維護破碎地層孔壁的需要，需采用較大口徑金剛石繩索取心鉆進，每一級鉆孔結(jié)構(gòu)均應(yīng)施工至最大孔深。因此在選擇鉆機時，要綜合考慮設(shè)計孔深、開孔和終孔口徑等各種因素。表1為本孔施工采用的鉆探設(shè)備和機具。

表1 主要鉆探設(shè)備和機具配置

4 鉆進工藝

4．1 鉆進方法

先期基礎(chǔ)測試孔AKT1－1孔鉆探施工，主要采用金剛石繩索取心鉆進或是繩索取心液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法施工，根據(jù)溫泉地?zé)峥辈閰^(qū)巖石物理特性和可鉆性及鉆孔結(jié)構(gòu)等，主要規(guī)格型號為S122、S95和S75。采用上述鉆進方法具有巖心采取率高、鉆速快、防斜、勞動強度較低和鉆孔質(zhì)量較高等優(yōu)點。

4．2 鉆頭、擴孔器類型的選擇

根據(jù)地層巖石可鉆性、研磨性和破碎程度，主要選擇孕鑲金剛石鉆頭，其主要技術(shù)參數(shù)為:鉆頭類型為人造熱壓孕鑲;金剛石粒度為60～80目;鉆頭胎體硬度為HRC22～39;鉆頭底唇面選用圓弧和階梯形狀。鉆進特別破碎、巖心采取率較低地層考慮采用金剛石復(fù)合片繩索取心鉆頭，以增加巖心采取率。擴孔使用三牙輪鉆頭或大口徑硬質(zhì)合金鉆頭。

4．3 鉆進技術(shù)參數(shù)(見表2)

表2 鉆進技術(shù)參數(shù)

主要考慮到設(shè)備及機具能力，以及口徑、鉆頭、鉆進方法不同，合理選擇鉆進參數(shù)。鉆進過程中，應(yīng)根據(jù)巖石特性，對鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量等鉆進參數(shù)進行有機配合，及時調(diào)整。

4．4 沖洗液

(1)第四系覆蓋層鉆進及擴孔鉆進主要采用低固相泥漿，在使用過程中具有良好的攜粉和護壁性能。具體配方及性能參數(shù)如下。

配方:1 m3水+0.1%NaOH+2%～3%鈉土+2%LBM。

性能參數(shù):粘度30～35 s，密度1.04～1.08 g/cm3，動切力4～7 Pa，API失水量8～11 mL/30min，pH值為9～11，泥皮厚度0.3～0.5 mm，含砂量≤0.5%。

(2)下部地層(含熱儲層)采用沖洗液體系配方及性能參數(shù)如下。

配方:①1m3水 +0.2%Na2CO3+0.3%KHm+0.1%PAC141(干粉)+0.3%植物膠;②1 m3水+0.2%Na2CO3+0.3%植物膠+2%～3%LBM+0.2%GLUB。

性能參數(shù):粘度23～26 s，密度1.01～1.03 g/cm3，動切力 3～5 Pa，API失水量 11～14 mL/30 min，pH值為9～11，泥皮厚度0.1～0.2 mm，含砂量≤0.2%。

在鉆進過程中，該型泥漿配方能夠滿足鉆進攜巖需要，每鉆進100～150 m徹底更換全部沖洗液，清理施工現(xiàn)場泥漿坑，重新配置沖洗液，保證沖洗液性能優(yōu)良、穩(wěn)定。

該孔在實際生產(chǎn)過程中，在多個層段發(fā)生不同嚴(yán)重程度的漏水、涌水情況，機臺均沒有采取堵漏措施，其原因是地質(zhì)人員要求沖洗液中不能加入任何堵漏材料，以防污染熱儲層，影響熱儲層的出水量及溫度。在實際鉆進過程中，均采用頂漏或頂涌的方式鉆進。

(3)破碎地層LBM泥漿的使用。

鉆進至521.0 m時，孔內(nèi)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，該段為斷層泥，斷層角礫，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。取出的巖心為粉末狀(見圖2)。出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象后，請示地質(zhì)人員，換用4%LBM高效增粘粉泥漿護孔鉆進，并加入防塌堵漏劑，配合SYZX122繩索取心液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進取心，巖心采取率達到93%，取得了較為明顯的效果。

圖2 斷層泥取心照片

4%LBM沖洗液配方:4%LBM泥漿+3%～5%鈉土粉+植物膠(增粘)/腐殖酸鉀(稀釋)+防塌堵漏劑+0.1%乳化瀝青+GLUB(無熒光潤滑劑)。

4%LBM沖洗液性能參數(shù):粘度25～32 s，密度1.02～1.04 g/cm3，動切力 4～6 Pa，動塑比 YP/PV為0.15～0.25，API失水量8.0 mL/30 min，pH 值為9～11，泥皮厚度0.1～0.3 mm，含砂量≤0.5%。

實際應(yīng)用證明，LBM泥漿在溫泉地區(qū)破碎、漏失等不穩(wěn)定復(fù)雜地層中使用，尤其在SYZX系列繩索取心液動錘鉆進中使用，對于穩(wěn)定孔壁、防止坍塌、防止繩索取心鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢等具有明顯效果。

5 采用的關(guān)鍵技術(shù)

5．1 套管封孔止水技術(shù)

5．2 特殊鉆具級配施工大口徑鉆孔

5．3 SYZX繩索取心液動錘的應(yīng)用

為克服硬脆碎地層巖心堵塞問題，同時有效提高鉆進效率，在該孔試驗應(yīng)用了 SYZX122與SYZX95繩索取心液動錘，在純鉆時間利用率、提高鉆頭壽命、增加回次進尺、提高巖心采取率及防治鉆孔彎曲等多個方面均取得了較為明顯的成效(見表3所示)。

表3 常規(guī)繩索取心鉆進與液動錘繩索取心鉆進效率指標(biāo)比較

5．4 施工中遇到的問題及處理措施

5．4．1 施工中遇到的問題

(1)AKT1－1孔施工過程中，多個層段發(fā)生不同嚴(yán)重程度的漏水、涌水情況。

(3)該孔地層巖性多為凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰?guī)r、霏細斑巖，在鉆進過程中多次出現(xiàn)鉆頭打滑現(xiàn)象。

(4)套管與孔壁環(huán)狀間隙過小，在固井時發(fā)生泵壓過高現(xiàn)象。

(5)構(gòu)造破碎帶中，膠結(jié)結(jié)構(gòu)多為高嶺石、綠泥石，坍塌破碎嚴(yán)重，巖心采取率不足。

5．4．2 處理措施

(1)針對AKT1－1孔多個層段出現(xiàn)的漏水、涌水現(xiàn)象，由于地質(zhì)方面要求在熱水儲層使用無固相沖洗液，基本以頂漏、頂涌鉆進為主。遇到長孔段漏水層時，在沖洗液中加入鈉土和隨鉆堵漏劑，提高粘度，堵漏效果較為顯著。

(3)針對凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r、霏細斑巖地層中的鉆頭打滑現(xiàn)象，采用SYZX系列繩索取心液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進工藝和技術(shù)，采取了降低轉(zhuǎn)速、提高鉆壓、更換為高壽命軟胎體鉆頭，平均純鉆時效由常規(guī)的0.46 m/h提高到1.49 m/h，回次進尺由不足0.5 m提高到1.7 m。

(5)在施工構(gòu)造破碎帶時，由于該孔段坍塌破碎嚴(yán)重，在征得地質(zhì)方面同意后換用4%LBM低粘增效粉沖洗液，配合SYZX95繩索取心液動錘鉆進，有效提高了鉆速，增加了回次進尺長度，采取率由之前的57%提高至91%，得到了業(yè)主的一致認可。

6 結(jié)語

AKT1－1孔自2014年6月6日開孔，11月10日鉆進至1407.28 m終孔，歷時5個月，臺月效率281.46 m，綜合鉆速 1.79 m/h，巖心采取率為97.8%。AKT1－1孔的施工，建立了一套適合溫泉地區(qū)破碎坍塌地層施工的沖洗液技術(shù)體系;同時試驗應(yīng)用了SYZX系列繩索取心液動錘鉆進技術(shù)，并取得了較為明顯的成效;在鉆探施工組織設(shè)計及鉆孔結(jié)構(gòu)布置上積累了寶貴的經(jīng)驗，尤其是小口徑鉆桿配合大口徑鉆鋌與大口徑鉆頭施工的鉆具級配，優(yōu)化鉆進參數(shù)和輔以高效沖洗液，在實際施工中取得了較好的效果。

通過AKT1－1孔的施工，為后續(xù)施工積累了寶貴的經(jīng)驗:在地層穩(wěn)定的情況下，鉆進大口徑鉆孔，盡量使用大排量鉆進，避免巖粉重復(fù)破碎，實現(xiàn)快速鉆進;合理設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)和鉆具級配，對異常破碎地層，采用多徑鉆孔結(jié)構(gòu)和最優(yōu)沖洗液;孔內(nèi)事故是影響鉆進效率的直接因素，施工中要充分考慮各種因素，制定詳細且具有可操作性的施工技術(shù)方案、盡量避免孔內(nèi)事故的發(fā)生;采用管外灌注水泥止水時，盡量增大管外環(huán)狀間隙，起到保證止水效果的同時，可以避免灌注水泥時發(fā)生憋壓憋泵現(xiàn)象。

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